Трансформаторы и их применение

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 
 
 
 
 
 
 
Э.С. Астапенко, Р.Н. Кахиев, Д.П. Столяров 
 
 
 
 
ТРАНСФОРМАТОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Томск  
Издательство ТГАСУ 
2023 

 
УДК 621.314.21(075.8) 
ББК 31.261.8-04 
А91 
 
Астапенко, Э.С. 
Трансформаторы и их применение : учебное 
пособие / Э.С. Астапенко, Р.Н. Кахиев, Д.П. Столяров. – 
Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2023. – 
62 с. – Текст : электронный. 
ISBN 978-5-6049515-4-5 
 
Учебное пособие знакомит с устройством, принципом действия 
и особенностями применения однофазных и трехфазных трансформаторов, их электрическими характеристиками. Кроме того, рассмотрены автотрансформаторы, измерительные и сварочные трансформаторы. 
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по 
направлениям подготовки «Строительство» и «Наземные транспортно-технологические комплексы», учебные планы которых содержат дисциплины «Электротехника с основами электроснабжения», 
«Электрооборудование ПТСДМиО». 
Пособие по дисциплине «Трансформаторы и их применение» 
предназначено для студентов всех форм обучения. 
 
УДК 621.314.21(075.8) 
ББК 31.261.8-04 
 
 
Рецензенты: 
Д.Ю. Орлов, канд. техн. наук, доцент кафедры прикладной механики и материаловедения ФГБОУ ВО ТГАСУ; 
П.Р. Баранов, канд. техн. наук, доцент, ОЭЭ ИШЭ 
ФГАОУ ВО НИИ ТПУ. 
 
 
ISBN 978-5-6049515-4-5 
© Томский государственный 
   архитектурно-строительный 
   университет, 2023 
© Астапенко Э.С., Кахиев Р.Н., 
   Столяров Д.П., 2023 
 
 
А91 

 
ВВЕДЕНИЕ 
В строительстве, на предприятиях по обслуживанию и ремонту технологического оборудования и других сферах хозяйственной деятельности используются электротехнические устройства с разным напряжением питания. Устройством, позволяющим 
получить требуемую величину переменного напряжения, является 
трансформатор. 
Данное учебное пособие разработано с целью формирования у обучающихся системного инженерного мышления, позволяющего разобраться в устройстве и принципе работы трансформатора. 
Задачи учебного пособия: 
– сформировать у обучающихся комплекс знаний в области 
выбора, назначения и эксплуатации трансформаторов; 
– дать обучающимся информацию об однофазных, трехфазных и специальных трансформаторах; 
– научить методике расчета выпрямителя с трансформатором мощностью до 1000 Вт. 
Пособие является дополнением к изданиям по электротехнике и предназначено для студентов неэлектрических специальностей, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 
и специалистов «Строительство» и «Наземные транспортно-технологические комплексы», учебные планы которых содержат 
дисциплины «Электротехника с основами электроснабжения», 
«Электрооборудование ПТСДМиО». 
Учебное пособие состоит из введения, семи разделов и заключения, снабжено справочным материалом, содержит библиографический список и список иллюстраций с указанием их источников. Материалы из библиографического списка рекомендуются студентам для самостоятельного изучения. 
 
 
 

 
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ 
Трансформатор электрический – это статическое (не имеющее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине с сохранением той же частоты. 
Увеличение напряжения осуществляется с помощью повышающих трансформаторов, а уменьшение – понижающих. 
Трансформатор впервые был использован в 1876 г. П.Н. Яблочковым в цепях электрического освещения. В 1890 г. М.О. Доливо-Добровольский разработал трехфазный трансформатор. 
Дальнейшее развитие трансформаторов заключалось в совершенствовании их конструкции, увеличении мощности и КПД, 
улучшении изоляции обмоток. 
Трансформаторы применяются в линиях электропередач, 
в технике связи, в автоматике, измерительной и бытовой технике 
и других областях. 
В соответствии с назначением различают силовые трансформаторы для питания электрических двигателей и осветительных сетей; специальные трансформаторы для питания сварочных 
аппаратов, электропечей и других потребителей особого назначения; измерительные трансформаторы для подключения измерительных приборов [1]. 
По числу фаз трансформаторы делятся на однофазные 
и трехфазные. 
Мощности трансформаторов различны – от долей вольт-ампер до десятков мегавольт-ампер; рабочие частоты – от десятков 
герц до сотен килогерц. 
 
 

 
2. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР 
Однофазный трансформатор состоит из двух основных частей: замкнутого магнитопровода (сердечника), на котором расположены две или несколько обмоток. 
Для уменьшения потерь на гистерезис при перемагничивании магнитопровод изготавливают из магнитомягкого материала – электротехнической стали, имеющей узкую петлю намагничивания. Для уменьшения потерь на вихревые токи (токи Фуко) 
в материал магнитопровода вводят примесь кремния, повышающую его электрическое сопротивление, а сам магнитопровод собирают из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,35–0,5 мм, изолированных друг от друга теплостойким лаком или оксидной пленкой [1]. 
 
 
2.1. Устройство однофазного трансформатора 
Простейший однофазный трансформатор состоит из стального сердечника и двух обмоток. Магнитопроводы могут иметь 
различную конструкцию: стержневую, броневую и тороидальную (рис. 2.1). 
Магнитопроводы верхнего ряда собираются из листового 
материала, а магнитопроводы нижнего ряда навиваются из ленты 
электротехнической стали, которая также имеет изолирующее 
покрытие. 
Магнитопровод броневой конструкции хорошо защищает 
обмотки катушек от механических повреждений. Верхнюю часть 
магнитопровода называют ярмом, а части, на которые насажены 
катушки, называются стержнями. Стержни и ярмо соединяют 
очень плотно, с перекрытием, чтобы исключить воздушные зазоры на стыках. 
В маломощных трансформаторах находят применение 
кольцевые магнитопроводы, которые обычно навивают из длин

 
ной ленты. В кольцевых магнитопроводах отсутствуют воздушные зазоры, поэтому магнитный поток рассеяния мал, и трансформатор имеет высокий КПД. 
 
 
 
Рис. 2.1. Конструкции магнитопроводов однофазных трансформаторов  
 
На рис. 2.2–2.4 представлен внешний вид трансформаторов 
с магнитопроводами перечисленных конструкций. 
Обмотки трансформаторов изготавливают из медного, изолированного лаком, провода и располагают на одном или на разных стержнях, рядом или одну под другой. В последнем случае 
непосредственно к стержню примыкает обмотка низшего напряжения, а поверх нее размещается обмотка высшего напряжения. 

 
 
 
Рис. 2.2. Трансформатор стержневой 
 
 
 
 
Рис. 2.3. Трансформатор броневой